Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью

На первый взгляд, это выглядит слишком уж просто. Но если в теории Бома нет никаких странностей, связанных с положениями частиц или с котом Шрёдингера, как можно надеяться, что она будет воспроизводить все причудливые результаты квантовой физики? Гарантию этого дает математика: теория Бома математически эквивалентна уравнению Шрёдингера, центральному уравнению квантовой физики. Поэтому она должна давать те же предсказания, какие получаются и при любой другой интерпретации. Технически это верно – но для того, чтобы почувствовать, как именно действует интерпретация Бома, этого все равно мало. Чтобы добиться ясности, нам понадобится разобраться в одном из самых странных экспериментов всей квантовой физики: в опыте с двойной щелью.

Великому физику Ричарду Фейнману принадлежат знаменитые высказывания об этом опыте: что эксперимент с двойной щелью «позволяет заглянуть в самую суть квантовой механики» и что «в действительности в нем скрыта одна-единственная загадка»[247]. Однако при всей шумихе вокруг этого опыта он неожиданно прост. Установим перед фотопластинкой экран и проделаем в нем две узкие близкорасположенные щели. Затем осветим экран лучом света. Световые волны будут интерферировать друг с другом по ту сторону щели, создавая на фотопластинке картину светлых и темных полос (рис. 5.2). Здесь нет ничего специфически квантового – волны всегда образуют интерференционные картины, будь то пересекающиеся волны от двух камней, брошенных в пруд, или звуковые волны от двух стереофонических громкоговорителей. В интерференции волн нет ничего таинственного: в точках, в которых гребни одной волны накладываются на впадины другой, волны гасят друг друга и сглаживаются, а когда гребни обеих волн совпадают друг с другом, то они друг друга усиливают. Так формируются узоры из темных и светлых полос, показанные на рис. 5.2.

Странности начинаются тогда, когда свет, попадающий на двойную щель, становится очень слабым. Вместо того чтобы светить на двойную щель фонариком, будем посылать на нее наименьшее возможное количество света: по одному фотону за раз. Теперь у каждого фотона есть выбор, как у встретившегося нам во введении Гамлета ростом с нанометр: пролететь сквозь левую щель или сквозь правую? Как только фотон проходит сквозь щель, он попадает в помещенную за ней фотопластинку и оставляет на ней точку. Будем повторять это опять и опять. Мы можем ожидать, что увидим на пластинке две группы точек, по одной против каждой щели (рис. 5.3a). В конце концов, фотоны ведь частицы – крохотные световые теннисные мячики. Бросая теннисные мячики сквозь такую же, только гораздо большего размера, двойную щель, мы точно так же ожидали бы, что они будут ударяться в заднюю стенку в двух кучках точек, по одной за каждой щелью. Но фотоны на деле вовсе не «световые теннисные мячики», и они ведут себя совсем другим, необыкновенным образом: хотя каждый из них действительно ударяется о пластинку в одной-единственной точке[248], вместе следы их ударов образуют на фотопластинке интерференционную картину (рис. 5.3b). Несмотря на то что каждый фотон прошел сквозь двойную щель индивидуально, все они каким-то образом «знали», куда они должны попасть на фотопластинке, чтобы образовать интерференционную картину. Во время движения каждого фотона сквозь щель что-то взаимодействовало с ним, несмотря на то что друг с другом частицы не взаимодействуют и за один раз через двойную щель так или иначе проходит только одна частица.

Рис. 5.3. А. Мы не могли бы ожидать, что индивидуальные фотоны, проходя через двойную щель по одному, будут образовывать интерференционную картину. Б. Каким-то образом индивидуальные фотоны, проходя через двойную щель, ухитряются интерферировать сами с собой

Озадаченные результатами вашего эксперимента, вы его повторяете, но с одной придумкой. На этот раз, чтобы определить, через какую щель пойдет каждый фотон, вы устанавливаете в обеих щелях по маленькому детектору фотонов, чтобы разобраться, каким образом на пластинке может получаться такая интерференционная картина. Результат демонстрирует вам то, что вы уже подозревали, но во что не смели поверить: фотоны с вами просто играют в прятки! Теперь, когда вы следите за ними так внимательно, они вообще отказываются образовывать интерференционную картину, а вместо этого оставляют на пластинке те самые две кучки точек, которых вы ждали в начале (рис. 5.3 А). Что за шутки? Как могут фотоны вести себя по-разному только из-за того, что вы за ними следите? Откуда они вообще знают, что вы делаете?

Как и следовало ожидать, на этот вопрос копенгагенская интерпретация дает мистический псевдоответ на расплывчатом языке боровской философии дополнительности.